欧姆接触的制备方法以及半导体器件与流程

1.本技术涉及半导体领域，特别是涉及一种欧姆接触的制备方法以及半导体器件。


背景技术：

2.近年来，随着半导体领域的发展，碳化硅由于其具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率等材料优势，在应用中备受关注。在半导体器件的制备过程中，金属与半导体接触时可以形成非整流接触，即欧姆接触。欧姆接触的性能关系着半导体器件通道电阻的大小。因此，如何提升欧姆接触的性能，成为了重要的研究课题。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种欧姆接触的制备方法以及半导体器件，能够提升欧姆接触的性能。
4.本技术实施例一方面提供一种欧姆接触的制备方法，包括：在晶圆的一面准备第一表面，第一表面的材质为碳化硅外延层；采用激光照射第一表面，使得位于第一表面的碳化硅还原生成碳原子，碳原子在第一表面聚集形成石墨层，得到第一中间器件；去除第一中间器件的石墨层，以形成欧姆接触界面，得到第二中间器件；在第二中间器件的欧姆接触界面形成欧姆接触金属。
5.一些实施例中，在晶圆的一面准备第一表面包括：在衬底的一面生长外延层，外延层为碳化硅外延层；其中，第一表面位于外延层背离衬底的一面。
6.一些实施例中，第一表面的晶型为4h-sic或6h-sic，掺杂类型为n型外延层或p型外延层。
7.一些实施例中，采用激光照射第一表面，包括：位于第一表面的碳化硅还原生成硅原子，硅原子在石墨层下方聚集形成多晶硅层。
8.一些实施例中，第二中间器件包括多晶硅层，欧姆接触界面位于多晶硅层的表面。
9.一些实施例中，采用激光照射第一表面中，采用激光逐点照射第一表面。
10.一些实施例中，采用激光照射第一表面中，采用波长为100nm-10μm、脉冲宽度小于500ns的激光照射第一表面。
11.一些实施例中，在第二中间器件的欧姆接触界面形成欧姆接触金属包括：在欧姆接触界面形成金属层，得到第三中间器件；对第三中间器件进行退火处理。
12.本技术实施例另一方面提供一种半导体器件，由以上的欧姆接触的制备方法制备，半导体器件包括：晶圆，包括多晶硅层，欧姆接触界面位于多晶硅层的表面；欧姆接触金属，设置于欧姆接触界面。
13.一些实施例中，晶圆包括衬底以及在衬底上生长的外延层，外延层为碳化硅外延层，外延层包括多晶硅层，多晶硅层位于外延层背离衬底的一面。
14.本技术实施例提供的欧姆接触的制备方法，在晶圆一面准备的材质为碳化硅外延层的第一表面，通过激光照射使得位于第一表面的碳化硅还原生产碳原子，在第一表面聚
集形成石墨层，通过去除石墨层形成欧姆接触界面，减少了位于欧姆接触界面的碳原子，从而降低了晶圆中碳原子对欧姆接触性能的影响，此时，在欧姆接触界面制备欧姆接触金属，能够提升欧姆接触性能，降低半导体器件的电阻，增加欧姆接触的高温可靠性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本技术一种实施例提供的半导体器件的制造方法的流程示意图；
17.图2示出了图1所示流程示意图中步骤s100中晶圆的截面图；
18.图3示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图；
19.图4示出了图1所示流程示意图中步骤s200中第一中间器件的截面图；
20.图5示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图；
21.图6示出了图1所示流程示意图中步骤s300中第二中间器件的截面图；
22.图7示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图；
23.图8示出了图8所示流程示意图中步骤s410中第三中间器件的截面图；
24.图9示出了根据图1所示流程示意图制造得到的半导体器件的截面图；
25.附图中：
26.100-半导体器件；110-第一中间器件；120-第二中间器件；130-第三中间器件；
27.1-晶圆；11-衬底；12-外延层；101-第一表面；102-欧姆接触界面；2-石墨层；3-多晶硅层；4-欧姆接触金属；41-金属层。
具体实施方式
28.为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面将对本技术的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但本技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.需要注意的是，除非另有说明，本技术实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本技术实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
31.此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人
员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
33.在相关技术中，一般通过在半导体表面沉积金属，通过高温退火使金属与碳化硅反应形成金属硅化物的方式制备欧姆接触。然而，由于碳原子会在金属与碳化硅的反应中析出聚集为碳团簇，造成欧姆接触电阻的增加，并且会引起金属的脱落，降低欧姆接触的性能。
34.鉴于此，本技术实施例提供一种欧姆接触的制备方法，在晶圆一面准备的材质为碳化硅外延层的第一表面，通过激光照射使得位于第一表面的碳化硅还原生产碳原子，在第一表面聚集形成石墨层，通过去除石墨层形成欧姆接触界面，减少了位于欧姆接触界面的碳原子，从而降低了晶圆中碳原子对欧姆接触性能的影响，此时，在欧姆接触界面制备欧姆接触金属，能够提升欧姆接触性能，降低半导体器件的电阻，增加欧姆接触的高温可靠性。
35.图1是本技术一种实施例提供的半导体器件100的制造方法的流程示意图。如图1所示，欧姆接触的制备方法包括以下步骤。
36.s100、在晶圆1的一面准备第一表面101，第一表面101的材质为碳化硅外延层。
37.s200、采用激光照射第一表面101，使得位于第一表面101的碳化硅还原生成碳原子，碳原子在第一表面101聚集形成石墨层2，得到第一中间器件110。
38.s300、去除第一中间器件110的石墨层2，以形成欧姆接触界面102，得到第二中间器件120。
39.s400、在第二中间器件120的欧姆接触界面102形成欧姆接触金属4。
40.图2示出了图1所示流程示意图中步骤s100中晶圆1的截面图。如图2所示，在步骤s100中，晶圆1的第一表面101的材质为碳化硅外延层。可以设想地，晶圆1可以为外延片，也即在衬底11生长有外延层12的器件。在本技术实施例中，第一表面101的晶型为4h-sic或6h-sic，掺杂类型为n型外延层或p型外延层。
41.图3示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图。如图3所示，步骤s100包括以下步骤。
42.s110、在衬底11的一面生长外延层12，外延层12为碳化硅外延层。
43.外延层12是按照衬底11的晶相生长在衬底11上的一层新单晶，生长有外延层12的衬底11即可称为外延片。外延层12可以与衬底11为同一材料，也可以是不同材料。在本技术实施例中，外延层12为碳化硅外延层，可选地，衬底11可以选用为碳化硅单晶衬底，也可以选用其它能够生长碳化硅外延层的材料。可选地，可以通过向本征半导体中添加铝、镓、铟等三价杂质使得外延层12形成为p型外延层，也可以通过向本征半导体中添加砷、锑、磷、铋等五价杂质使得外延层12形成为n型外延层。p型外延层与n型外延层的主要区别在于导电的方式不同，p型外延层通过空穴导电，n型外延层通过电子导电。在外延层为p型的情况下，添加的杂质提供了额外的空穴，称为受主原子，在p型外延层中，多数载流子是空穴，少数载流子是电子，多数载流子从较高电位移动到较低电位。而在外延层为n型外延层的情况下，添加的杂质提供了额外的电子，称为施主原子，在n型外延层中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子，多数载流子从较低电位移动到较高电位。
44.优选地，外延层12的掺杂浓度为1
×
10
13-1
×
10
18
cm-3
。
45.在p型外延层以及n型外延层中，三价杂质以及五价杂质的掺杂浓度能够对外延层
12的电阻率起到决定作用。在p型外延层中，铝、镓、铟等三价杂质的掺杂浓度越高，则外延层中通过置换硅而产生的空穴也越多，导电能力越强，电阻率越低。在n型外延层中，砷、锑、磷、铋等五价杂质的掺杂浓度越高，则外延层中的自由电子越多，导电能力越强，电阻率就越低。因此，外延层12的掺杂浓度能够对外延片的性能产生影响。在本技术实施例中，外延层12的掺杂浓度为1
×
10
13-1
×
10
18
cm-3
，涵盖了常用的器件掺杂浓度的范围，可选地，外延层12也可以选用其它掺杂浓度。
46.可选地，步骤s100还可以包括其它步骤，例如，光刻、图案化刻蚀、掺杂、退火、介质生长、金属化、剪薄等半导体制备工艺中的至少一种，本技术实施例对此不做限制。
47.图4示出了图1所示流程示意图中步骤s200中第一中间器件110的截面图。如图4所示，步骤s200中，对第一表面101进行激光照射，以得到第一中间器件110。
48.第一表面101为外延层12背离衬底11的一面。由于第一表面101的材质为碳化硅，激光照射产生的能量能够使得位于第一表面101的碳化硅发生分解，将碳化硅中的碳元素还原生成碳原子，从而使得被还原的碳原子析出第一表面101，聚集形成石墨层2。因此，第一中间器件110中，晶圆1在外延层12背离衬底11的一面形成有石墨层2。
49.图5示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图。如图5所示，步骤s200包括以下步骤。
50.s210、位于第一表面101的碳化硅还原生成硅原子，硅原子在石墨层2下方聚集形成多晶硅层3。
51.由于在激光照射的过程中，位于第一表面101的碳化硅中的碳元素被还原生成碳原子，根据元素守恒定律，还会同时生成等量的硅原子。与碳原子聚集形成石墨层2相类似地，硅原子也可能聚集形成为多晶硅层3，多晶硅层3位于石墨层2下方。因此，图4中示出的第一中间器件110还包括多晶硅层3，石墨层2以及多晶硅层3依次排布于外延层12背离衬底11的一面。
52.可选地，在激光照射第一表面101的过程中，为了避免位于第一表面101的碳化硅与空气中的其它元素产生反应，影响碳元素的析出，可以在真空环境下，或在包括惰性气体的工艺气体中对第三半导体器件100第一中间器件110进行激光照射。
53.本技术一些实施例中，采用激光照射第一表面101中，采用激光逐点照射第一表面101。使用一个或多个激光脉冲逐点扫描，来覆盖局部或者全部的第一表面101，能够尽可能地分解位于第一表面101的碳化硅。可选地，可以采用波长为100nm-10μm、脉冲宽度小于500ns的激光照射第一表面101，也可以采用任何其它参数的激光脉冲。可选地，发射激光的器具可以为微秒激光器、纳秒激光器、皮秒激光器或飞秒激光器中的一种。本技术实施例对任何可行的设置皆不做限制。
54.图6示出了图1所示流程示意图中步骤s300中第二中间器件120的截面图。如图6所示，步骤300中，去除第一中间器件110的石墨层2。
55.在激光照射使得第一表面101的碳化硅分解为石墨层2以及多晶硅层3的情况下，去除石墨层2而使多晶硅层3的表面作为生长欧姆接触金属4的欧姆接触界面102，使得欧姆接触金属4生长于碳原子含量较低的界面上，从而在欧姆接触金属4的工作过程中，减少碳原子析出形成碳团簇的情况发生，进而降低欧姆接触的电阻，提升欧姆接触的性能。因此，本技术实施例中，第二中间器件120中，晶圆1在外延层12背离衬底11的一面形成有多晶硅
层3，欧姆接触界面102位于多晶硅层3的表面。
56.可选地，可以采用氧化、等离子轰击或化学腐蚀等手段去除石墨层2，本技术实施例对此不做限制。
57.步骤400中，在金属与半导体器件发生接触的情况下，可以形成欧姆接触。在金属与半导体器件之间具有欧姆接触的情况下，金属与半导体器件之间不存在势垒，载流子可以顺利的从金属流入半导体器件、也可以从半导体器件流入金属，此时，金属与半导体器件的接触电阻可以忽略不计。在制备欧姆接触金属4的过程中，可以在外延层12的表面沉积例如碳化钽、镍、钴、钛等金属，通过高温退火或激光辐照的方式，与外延层12中的碳化硅反应形成金属硅化物，从而形成欧姆接触。
58.图7示出了图1所示流程示意图中一些步骤的一种示例性的示意图。如图4所示，步骤s400包括以下步骤。
59.s410、在欧姆接触界面102形成金属层41，得到第三中间器件130。
60.s420、对第三中间器件130进行退火处理。
61.图8示出了图8所示流程示意图中步骤s410中第三中间器件130的截面图。如图8所示，步骤s410中，通过沉积或溅射等方法在欧姆接触界面102设置金属层41，以得到第三中间器件130。第三中间器件130中，晶圆1在外延层12背离衬底11的一面包括多晶硅层3，欧姆接触界面102位于多晶硅层3的表面，金属层41则设置于欧姆接触界面102上。
62.图9示出了根据图1所示流程示意图制造得到的半导体器件100的截面图。如图9所示，步骤s420中，在退火之后，金属层41与欧姆接触界面102的多晶硅层3之间发生反应，形成金属硅化合物，从而在金属层41以及多晶硅层3之间形成欧姆接触。
63.根据以上描述，本技术实施例提供一种半导体器件100，由以上的欧姆接触的制备方法制备。半导体器件100包括晶圆1以及欧姆接触金属4。晶圆1包括多晶硅层3，欧姆接触界面102位于多晶硅层3的表面。欧姆接触金属4设置于欧姆接触界面102。
64.本技术一些实施例中，晶圆1包括衬底11以及在衬底11上生长的外延层12，外延层12为碳化硅外延层，外延层12包括多晶硅层3，多晶硅层3位于外延层12背离衬底11的一面。
65.综上所述，本技术实施例的欧姆接触的制备方法，在晶圆1一面准备的材质为碳化硅外延层的第一表面101，通过激光照射使得位于第一表面101的碳化硅还原生产碳原子，在第一表面101聚集形成石墨层2，通过去除石墨层2形成欧姆接触界面102，减少了位于欧姆接触界面102的碳原子，从而降低了晶圆1中碳原子对欧姆接触性能的影响，此时，在欧姆接触界面102制备欧姆接触金属4，能够提升欧姆接触性能，降低半导体器件100的电阻，增加欧姆接触的高温可靠性。
66.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.一种欧姆接触的制备方法，其特征在于，包括：在晶圆的一面准备第一表面，所述第一表面的材质为碳化硅外延层；采用激光照射所述第一表面，使得位于所述第一表面的碳化硅还原生成碳原子，所述碳原子在所述第一表面聚集形成石墨层，得到第一中间器件；去除所述第一中间器件的所述石墨层，以形成欧姆接触界面，得到第二中间器件；在所述第二中间器件的所述欧姆接触界面形成欧姆接触金属。2.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述在晶圆的一面准备第一表面包括：在衬底的一面生长外延层，所述外延层为碳化硅外延层；其中，所述第一表面位于所述外延层背离所述衬底的一面。3.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述第一表面的晶型为4h-sic或6h-sic，掺杂类型为n型外延层或p型外延层。4.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述采用激光照射所述第一表面，包括：位于所述第一表面的碳化硅还原生成硅原子，所述硅原子在所述石墨层下方聚集形成多晶硅层。5.根据权利要求4所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述第二中间器件包括所述多晶硅层，所述欧姆接触界面位于所述多晶硅层的表面。6.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述采用激光照射所述第一表面中，采用所述激光逐点照射所述第一表面。7.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述采用激光照射所述第一表面中，采用波长为100nm-10μm、脉冲宽度小于500ns的所述激光照射所述第一表面。8.根据权利要求1所述的欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述在所述第二中间器件的所述欧姆接触界面形成欧姆接触金属包括：在所述欧姆接触界面形成金属层，得到第三中间器件；对所述第三中间器件进行退火处理。9.一种半导体器件，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的欧姆接触的制备方法制备，所述半导体器件包括：晶圆，包括多晶硅层，所述欧姆接触界面位于所述多晶硅层的表面；欧姆接触金属，设置于所述欧姆接触界面。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，所述晶圆包括衬底以及在衬底上生长的外延层，所述外延层为碳化硅外延层，所述外延层包括所述多晶硅层，所述多晶硅层位于所述外延层背离所述衬底的一面。

技术总结
本申请实施例提供一种欧姆接触的制备方法以及半导体器件，通过在晶圆的一面准备材质为碳化硅外延层的第一表面，采用激光照射第一表面，使得位于第一表面的碳化硅还原生成碳原子，在第一表面聚集形成石墨层，得到第一中间器件，去除第一中间器件的石墨层，以形成欧姆接触界面，得到第二中间器件，在第二中间器件的欧姆接触界面形成欧姆接触金属，以得到半导体器件。根据本申请实施例的欧姆接触的制备方法，提升了欧姆接触的性能。提升了欧姆接触的性能。提升了欧姆接触的性能。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：上海隐光科技有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/7/21